quy trình tính toán thiết kế hệthống cô đặc 3 nồi theo tcvn

TÍNH TOÁN CÔNG NGHỆ2.2.3 Tổn thất nhiệt độ do áp suất trở lực Giả sử tổn thất nhiệt độ trên các đoạn ống dẫnhơi thứ từ nồi 1 sang nồi 2 và từ nồi 2 sang nồi 3 vàtừ nồi 3 sang thiết bị ng

Trang 1

GVHD: Hoàng Trung Ngôn Nhóm: 01 - L01

QUY TRÌNH TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ

THỐNG CÔ ĐẶC 3 NỒI THEO TCVN

ĐẠI HỌC BÁCH KHOA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

KHOA KĨ THUẬT HÓA HỌC

CƠ SỞ TÍNH TOÁN THIẾT KẾ THIẾT BỊ HÓA HỌC

Trang 2

DANH SÁCH THÀNH VIÊN

Nhóm 01 - L01

Bùi Thị Kim Chi 2110849

Bùi Thị Vân Anh 2112753

Cao Xuân Đào 2012900

Đặng Trần Vĩ Khang 2113654

Đinh Thiên Phước Lộc 2113954

Đỗ Nguyễn Anh Thơ 2114922

Đỗ Nguyễn Duy Khang 2113656

Đoàn Quốc Đăng 2111039

Dương Thị Cẩm Ly 2114000

Hà Đức Truyền 2115130

Trang 3

M Ụ C

L Ụ C

II CƠ SỞ LÍ THUYẾT III TÍNH TOÁN CÔNG NGHỆ

IV TÍNH TOÁN THIẾT BỊ

V TÀI LIỆU THAM KHẢO

I TỔNG QUAN

Trang 4

Nhu cầu ngành công nghiệp hóa chất phát triển không ngừng cùng với đó là yêu cầu về quy trình công nghệ luôn được cải thiện và hoàn thiện để phục vụ cho năng suất sản xuất.

I TỔNG QUAN

NHIỆM VỤ

Tính toán thiết kế cơ khí cho thiết bị cô đặc 3 nồi liên tục để cô đặc NaOH

theo tiêu chuẩn TCVN.

Trang 5

pH: 14

Là một bazo mạnh, có thể phản ứng với các acid, acidic oxide

Có thể thủy phân ester, peptide

Phản ứng với muối, các hợp chất lưỡng tính, các kim loại đặc biệt.

Trang 6

khí

Trang 7

II CƠ SỞ LÍ THUYẾT

ĐỊNH NGHĨA

Trang 8

THIẾT BỊ CÔ ĐẶC 3 NỒI

Cô đặc nhiều nồi là quá trình sử dụng hơi thứ thay cho hơi đốt, do

đó nó mang lại lợi ích kinh tế cao về sử dụng nhiệt.

NỒI 1

Nồi thứ nhất dung

dịch được đun bằng

hơi đốt, hơi thứ của

nồi này được đưa vào

đun nồi thứ 2

NỒI 2

Hơi nồi thứ 2 đưa vào đun nồi thứ 3

NỒI 3

Cuối cùng hơi thứ ở nồi thứ 3

đi vào thiết bị ngưng tụ

Trang 9

Tính toán chi tiết thiết

Trang 10

Hệ số truyền nhiệt tổng quát của hệ thống cô đặc 3 nồi dung dịch NaOH:

Chọn các tỷ lệ hệ số truyền nhiệt ở mỗi nồi như sau:

III TÍNH TOÁN CÔNG NGHỆ

1.1 Xác định hệ số truyền nhiệt tổng quát

mỗi nồi.

Trang 11

1.1 Xác định hệ số truyền nhiệt tổng quát mỗi nồi.

Trang 12

1.2 Cân bằng vật chất tổng quát

Trang 13

Chất tan (NaOH)kg/h

Dung môi (H2O)kg/h

Trang 14

1.3 Cân bằng vật liệu

Sự phân bố hơi trong các nồi:

Chọn sự phân bố hơi thứ theo tỷ lệ đảm bảo:

Chọn m = 1.2 ta tính được:

Trang 15

1.4 Nồng độ dung dịch ở từng nồi

Trang 16

2.1 Xác định P và nhiệt độ mỗi nồi

Trang 17

Chọn:

Ta tính được áp suất làm việc trong mỗi nồi:

P1 = 3 at P2 = 1.63 at P3 = 0.76 at Pnt = 0.2 at

Trang 18

Chênh lệch nhiệt độ giữa hơi thứ nồi trước với nhiệt

độ hơi đốt nồi sau là 1oC

Trang 19

Khái niệm:

Là hiệu số nhiệt độ giữa nhiệt độ sôi của dung dịch

và nhiệt độ sôi của dung môi nguyên chất ở cùng một áp suất bất kì ∆' được xác định theo công thức gần đúng của Tisencô.

2.2 Xác định tổn thất nhiệt mỗi nồi

2.2.1 Tổn thất do nồng độ gây ra

Trang 20

Công thức Tysenco

Trong đó:

Trang 21

Ta tính được :

Vậy tổn thất nhiệt độ do nồng độ gây ra của hệ thống là:

Trang 22

Nếu áp suất trên bề mặt dung dịch là Po thì ápsuất trung bình của dung dịch trong nồi:

Với:

2.2.2 Tổn thất nhiệt độ do áp suất thủy tĩnh :

Trang 23

Vậy tổn thất nhiệt độ do áp suất thủy tĩnh của ba nồi là:

2.2.2 Tổn thất nhiệt độ do áp suất thủy tĩnh :

Chọn h=2m

Trang 24

Trang 25

Tổn thất nhiệt độ của toàn hệ thống:

Trang 26

2.3 Nhiệt dung riêng

Nhiệt dung riêng của dung dịch có nồng độ x < 20%

Nhiệt dung riêng của dung dịch có nồng độ x > 20%

Trang 27

Trang 28

Nồi 2 :D2 = W1

Trang 29

Nồi 3: W=W1+W2+W3

Trang 30

Giả thiết nhiệt cung cấp cho quá trình cô đặcchỉ là nhiệt ngưng tụ thì ta có thể xem nhiệt độnước ngưng bằng nhiệt độ hơi đốt :

Từ (*) ,(**) và(***) thay số và giải hệphương trình ta được :

Trang 31

Sau khi kiểm tra lại giả thiết phân phối hơi thứ ở các nồi :

Ta thấy các giá trị đều phù hợp -> chấp nhận lượng hơi thứ như giả thuyết

Trang 32

Trang 33

Nhiệt lượng cần thiết:

Trang 34

2.6 Tính bề mặt truyền nhiệt

Tính nhiệt độ hữu ích trong từng nồi

theo điều kiện bề mặt truyền nhiệt bằng nhau :

Trang 35

Nồi Nhiệt lượng

Q

H ệ số

truyền nhi ệt k

Trang 36

Thay các giá trị

Hiệu số nhiệt độ có ích từng nồi :

Trang 37

Diện tích bề mặt truyền nhiệt :

Như vậy, dựa vào F1,F2,F3 ta có thể thiết kế hệthống cô đặc 3 nồi có diện tích truyền nhiệt bằngnhau và bằng 37,8 m^2

Trang 38

IV TÍNH TOÁN THIẾT BỊ

Trang 39

- Buồng bốc làm việc ở áp suất chân không nên chịu áp lực từ bên ngoài

- Chọn vật liệu chế tạo là thép X18H10T.

Trang 40

Buồng bốc

2 Sơ đồ khối tính toán

Trang 43

L: chiều dài của thân buồng bốc (mm)

-Xác định bề dày tối thiểu:

Trang 46

Co: Hệ số bổ sung để quy tròn kích thước (mm)

Trang 47

Buồng bốc

4 Kiểm tra áp suất ngoài cho phép [P]:

σt: Giới hạn chảy của vật liệu làm thân ở nhiệt độ tính toán (N/mm2)

*Nếu tính ra ([P]-P)/([P]) > 0.05 thì chọn lại đại lượng (S - Ca)

Trang 48

Buồng đốt

Mô tả buồng đốt

1.

Chọn thân hình trụ hàn,kiểu hàn giáp mối hai

bên, hàn tay hồ quangđiện, làm việc chịu ápsuất trong

Vật liệu chế tạo là thépbền không gỉ X18H10T

Trang 49

+Chỉ hàn giáp mối

+Bố trí các đường hàn dọc

+Bố trí mối hàn ở vị trí dễquan sát

+Không khoan lỗ qua mối hàn

Trang 50

Số ống truyền nhiệt trong buồng đốt (n) của cả 3 nồi bằng nhau và được tính bằng công thức:

Buồng đốt

2 Tính toán

2.1 Xác định số ống trong buồng đốt

Trang 51

Buồng đốt

2 Tính toán

Chọn cách bố trí các ống theo hình lục giác Quy chuẩn theo bảng V.11 – Tr.48 – St2: n = 91 (ống)

Trang 52

Buồng đốt

2 Tính toán

Trang 53

Buồng đốt

2 Tính toán

2.2 Xác định đường kính trong của buồng đốt

(m) (III.52 – Tr.135 – St2)

Trang 54

L: Chiều dài ống truyền nhiệt, m

dth: Đường kính ngoài của ống tuần hoàn, m

dn: Đường kính ngoài của ống truyền nhiệt, m

sinα = sin60° do xếp theo hình lục giác đều, ba ống cạnh nhau ở hai dãy sát nhau tạo thành 1 tam giác đều, có góc đỉnh α = 60°

Trang 55

Buồng đốt

2 Tính toán

2.3 Xác định chiều dày buồng đốt

Chọn vật liệu làm thân buồng đốt là thép Crom – Niken – Titan(X18H10T) và phương pháp chế tạo là dạng thân hình trụ hàn

Bề dày buồng đốt được tính theo công thức:

Trang 56

Buồng đốt

2 Tính toán

Trang 58

*Hằng số bền mối hàn

Buồng đốt

2 Tính toán

Tra giá trị hệ số bền hàn tại Bảng 1-8 – Tr.18 – Sách Tính toán, thiết kế các chi tiết thiết bị hóa chất và dầu khí - Hồ Lê Viên

Trang 59

*Hằng số bền mối hàn

Buồng đốt

2 Tính toán

Tra giá trị hệ số bền hàn tại Bảng 1-8 – Tr.18 – Sách Tính toán, thiết kế các chi tiết thiết bị hóa chất và dầu khí - Hồ Lê Viên

Hàn tay bằng hồ quang điện với Dtr ≥ 700 mm, giáp mối

hàn hai phía, thép không gỉ → φ=0,95

Trang 61

*Kiểm tra

Buồng đốt

2 Tính toán

2.3 Xác định chiều dày buồng đốt

Sau khi đã xác định được chiều dày thiết bị, ta cần kiểm tra theo công thức:

Điều kiện 1:

Điều kiện 2: (với [P]: áp suất chịu lực tối đa)

Trang 62

Tính toán ĐÁY và NẮP thiết bị

Lựa chọn

Tiêu chuẩn và tính toán

Hình dạng: nắp và đáy có lỗ elip.

Vật liệu: X18H10T Tính theo TCVN 7704:2007

Đáy hình elip gồm 2 phần là phần hình trụ và phần elip.

Tỷ lệ chiều cao trên đường kính trong phải nằm trong phạm vi:

Trang 63

Xác định bề dày tối thiểu của nắp (đáy) khi chịu áp suất trong:

Trong đó K là hệ số hiệu

chỉnh về hình dạng nắp và có

hay không có khoét lỗ

Trang 64

Xác định bề dày tối thiểu của nắp (đáy) khi chịu áp suất ngoài:

-Bề dày tối thiểu của nắp (đáy) khi chịu áp suất ngoài sẽ

bằng 1,7 lần giá trị tính ở (2).

Tăng cứng lỗ khoét:

-Xác định đường kính lỗ lớn nhất cho phép không cần tăng cứng:

Trang 65

Khi d > dmax thì cần được tăng cứng

*Tăng cứng nhờ hàn thêm đầu nối:

Trang 66

*Tăng cứng nhờ hàn thêm ống nối có miếng đệm một phía ở mặt trong hay mặt ngoài:

Trang 67

*Tăng cứng nhờ hàn thêm ống nối có miếng đệm 2 phía:

Trang 68

Mặt bích

- Mặt bích được dùng để nối nắp của thiết bị với buồng bốc và buồng đốt với đáy của thiết bị.

- Buồng bốc và nắp được nối với nhau theo đường kính buồng bốc Dtr

- Chọn áp suất dự phòng trong thân là Py = 1,0 N/mm2 để bích kín thân.

- Chọn Bulong M20 => Z = 16 bulong

- Chọn mặt bích liền, vật liệu là Thép 316

Trang 69

Mặt bích

1 Sơ đồ khối

Trang 70

S: Bề dày thân thiết bị chỗ nối với bích

t1: bề dày bích (mm)

Trang 72

Mặt bích

2 Tính toán cơ khí

Tính bề dày bích

Kiểm tra tính lặp

Trang 73

Tính toán VỈ ỐNG

1.Mô tả chung

Chọn vỉ ống phẳng tròn, lắp cứng với thân thiết bị

Vật liệu chế tạo thép không gỉ X18H10T

+ Chống ăn mòn + Chịu nhiệt cao + Làm việc được với đa dạng phương pháp hàn

+ Không nhiễm từ, hoặc nhiễm từ với tỉ lệ rất thấp

Trang 74

2 Tính chiều dày vỉ ống

Chiều dày lưới đỡ ống phải đảm bảo các yêu cầu sau:

Giữ chặt ống sau khi nung, bền Chịu ăn mòn tốt

Giữ nguyên hình dạng của mạng khi khoan, khi nung cũng như sau khi nung ống

Bền dưới tác dụng của các loại ứng suất

Trang 75

Chiều dày tính toán tối thiểu ở phía ngoài của vỉ ống

Trang 76

Chiều dày tính toán tối thiểu ở giữa của vỉ ống

Trang 77

po: áp suất tính toán ở trong ống, N/mm2

Dt: đường kính trong của thân thiết bị, mm

[ σu]: là ứng suất uốn cho phép của vật liệu làm vỉ ống, N/mm2

K: hệ số, lấy = 0,028÷0,36 (với công thức tính ở phía ngoài vỉ

ống); lấy = 0,45÷0,6 (với công thức tính ở giữa vỉ ống)

Trang 78

3 Kiểm tra giới hạn bền uốn

Trong đó:

Trang 80

THIẾT BỊ NGƯNG TỤ BAROMET

Với hệ cô đặc chân không, chọn thiết bị ngưng

tụ trực tiếp loại khô, ngược chiều.

Trang 81

TÍNH TOÁN THIẾT BỊ NGƯNG TỤ BAROMET

Tính lượng nước lạnh Gn cần thiết để ngưng tụ

Trang 82

TÍNH TOÁN THIẾT BỊ NGƯNG TỤ BAROMET Tính đường kính trong của thiết bị ngưng tụ

Trang 83

TÍNH TOÁN THIẾT BỊ NGƯNG TỤ BAROMET Tính kích thước tấm ngăn

Chiều rộng tấm ngăn tính

theo công thức:

Chiều dày tấm ngăn:

Trang 84

Tổng diện tích bề mặt các lỗ trong toàn bộ mặt cắt ngang của TB ngưng tụ

Trang 85

Tỉ số giữa tổng diện tích thiết

diện các lỗ với diện tích thiết

diện của tb ngưng tụ:

Trang 86

Tính chiều cao thiết bị ngưng tụ

Mức độ đun nóng nước

được xác định:

Dựa vào trị số Beta, tra khoảng cách trung bình giữa

các ngăn theo bảng VI.7 [Sổ tay tập 2]

Từ đó ta có thể xác định được chiều cao

hữu ích của thiết bị ngưng tụ.

Trang 87

Tính kích thước đường kính trong ống Baromet

Trong đó, w là tốc độ của hỗn hợp nước và nước ngưng chảy trong ống baromet, thường lấy:

Trang 88

Chiều cao ống Baromet

Chiều cao cột nước cân bằng với hiệu số áp

suất của thiết bị ngưng tụ và khó quyển:

Chiều cao cột nước trong ống Baromet, để khắc

phục toàn bộ trở lực khi nước chảy trong ống:

Hệ số ma sát khi

nước chảy trong ống:

Trang 89

Tính lượng hơi và không khí ngưng

Trang 90

V.TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] Hồ Lê Viên, Tính toán thiết kế các chi tiết thiết bị hóa chất và dầu

khí, Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ Thuật Hà Nội

[2] Nguyễn Bin, Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất, tập 1,

Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật

[3] Nguyễn Bin, Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất, tập 2,

Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật.

[4] Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 7704:2007 về nồi hơi - Yêu cầu kỹ thuật

về thiết kế, kết cấu, chế tạo, lắp đặt, sử dụng và sữa chữa (năm 2007).

Trang 91

CÁM ƠN THẦY VÀ CÁC BẠN ĐÃ THEO DÕI !

Tiêu đề	QUY TRÌNH TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CÔ ĐẶC 3 NỒI THEO TCVN
Tác giả	Bùi Thị Kim Chi, Đỗ Nguyễn Anh Thơ, Bùi Thị Vân Anh, Đỗ Nguyễn Duy Khang, Cao Xuân Đào, Đoàn Quốc Đăng, Đặng Trần Vĩ Khang, Dương Thị Cẩm Ly, Đinh Thiên Phước Lộc, Hà Đức Truyền
Người hướng dẫn	Hoàng Trung Ngôn, GVHD
Trường học	ĐẠI HỌC BÁCH KHOA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
Chuyên ngành	KĨ THUẬT HÓA HỌC
Thể loại	CƠ SỞ TÍNH TOÁN THIẾT KẾ THIẾT BỊ HÓA HỌC
Thành phố	Thành Phố Hồ Chí Minh

Định dạng
Số trang	91
Dung lượng	19,42 MB